CN116604669A - 阻燃秸秆板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阻燃秸秆板材及其制备方法，涉及生物质板材技术领域。本发明公开的阻燃秸秆板材的制备方法为：将秸秆粉末分散在水中，得到秸秆分散液；通过真空抽滤将分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼；用热压机将滤饼压制成秸秆板材；将秸秆板材浸入到阻燃剂溶液中进行处理，干燥后即得到阻燃秸秆板材。本发明提供的阻燃秸秆板材具有优异的阻燃性能和力学性能，并且制备工艺简单，成本低，在室内装饰、家具制造、食品包装等领域有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物质板材技术领域，尤其是涉及一种阻燃秸秆板材及其制备方法。
背景技术
我国每年的秸秆生成量大于7亿吨，其综合利用对农民增收、环境保护、资源节约和农业可持续发展具有重要的意义。目前秸秆的利用方式主要包括秸秆还田、秸秆饲料、秸秆发电等，对秸秆的原料化利用还非常不足。秸秆板材是以秸秆为原料，以一定的工艺压制而成的板材，在室内装饰、家具制造、食品包装等领域有广泛的应用。然而，秸秆板材遇火易燃烧，极大限制了其广泛应用，亟需开发具有良好阻燃性能的秸秆板材。
目前阻燃秸秆板材的制备方法主要包括：1)在板材制备过程中添加阻燃剂；2)对秸秆板材表面进行阻燃涂覆；3)对秸秆进行化学改性；4)将秸秆与其他纳米材料进行复合；5)对秸秆板材的结构进行设计。采用以上方法制备阻燃板材还存在很多缺点，如物理性能变差、阻燃涂层附着性和耐久性不理想、阻燃改性影响板材外观、改性过程复杂、改性工艺成本高等。因此，亟需开发新的阻燃秸秆板材制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异阻燃性能的秸秆板材，该秸秆板材的制备工艺简单，制备效率高，原料易得且环保，成本低廉，力学性能优异，具有良好的工业化应用前景。
为了实现本发明的目的，本发明提供的阻燃秸秆板材的制备方法为：将质量浓度为1～40％的秸秆分散液过滤得到秸秆滤饼，然后进行热压处理得秸秆板材，再将秸秆板材置于阻燃剂溶液中，浸渍一段时间后，取出干燥，得到阻燃秸秆板材。
进一步的，按重量份数计，所述秸秆分散液的制备方法为：将1～40份秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以50～1000rpm的转速搅拌分散0.1～5h，即可。如果秸秆分散液浓度过低，则秸秆板材制备效率低，耗时长，制备的秸秆板材厚度较小；如果秸秆板材浓度过高，则秸秆板材分散液均匀性较差，最终影响所得板材的均匀性。
进一步的，所述秸秆粉末为过60目筛网的秸秆。如果秸秆粉末粒径过小，则秸秆纤维之间不能形成有效机械互锁，造成板材强度降低；如果秸秆粉末粒径过大，则不易得到均匀的秸秆分散液，最终影响所得板材的均匀性。
进一步的，所述秸秆为稻秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、棉秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、花生秸秆、油菜秸秆、青稞秸秆、薏苡秸秆、甘蔗秸秆、芝麻秸秆、葵花籽秸秆、糯米秸秆、茶叶秸秆、辣椒秸秆、薯类藤蔓中的一种或两种及以上的混合物。
进一步的，所述热压处理的温度为室温～250℃，压力为5～40MPa，时间为1～100h。
进一步的，所述阻燃剂溶液的质量浓度为1～50％。阻燃剂溶液配制工艺为将一定量的阻燃剂添加到水中，常温下搅拌0.1～2h，使阻燃剂完全溶解，即得到阻燃剂溶液。
进一步的，所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或两种及以上的混合物。
进一步的，所述浸渍时间为0.1～10h。
进一步的，所述干燥方法为自然风干、烘箱干燥或冷冻干燥中任意一种。不同干燥方法对板材的阻燃性能无显著影响。其中，自然风干成本低，但耗时较长，效率较低；烘箱干燥的温度需控制在100℃以下，能够精确控制温度，干燥时间较短，但需要专门的设备，秸秆制备成本会提高；冷冻干燥工艺复杂，成本更高。
本发明还提供了一种采用上述制备方法得到的阻燃秸秆板材。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明的阻燃秸秆板材是将热处理后的秸秆板材通过阻燃剂溶液浸渍得到的，制备方法简单，制备效率高，具有良好的工业化应用前景。
2、本发明采用磷酸铵盐作为阻燃剂，其可通过浸渍进入到秸秆板材内部，干燥后能够有效填充板材的孔隙，使板材变得更加致密，增加板材的密度和硬度，进一步提高了秸秆板材的力学强度。
3、本发明制备的秸秆板材具有优异的阻燃性能，可应用于室内装饰、家具制造、食品包装等领域。
4、本发明阻燃秸秆板材的原料来自废弃的秸秆资源，具有来源广泛、原料易得、成本低、环保的优势，并且磷酸铵盐阻燃剂比传统化学阻燃剂更加环保，对环境的影响更小。
附图说明
图1为本发明一实施例制备的阻燃秸秆板材实物图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细地描述。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
实施例1
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，然后使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将上述秸秆板材浸入到质量浓度为5％的聚磷酸铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得的阻燃秸秆板材的极限氧指数为29.6％(如下表1所示)，抗张强度为21.7MPa，断裂伸长率为1.4％。
实施例2
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，然后使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将上述秸秆板材浸入到质量浓度为15％的聚磷酸铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得的阻燃秸秆板材的极限氧指数为35.2％(如下表1所示)，抗张强度为31.8MPa，断裂伸长率为1.3％。
实施例3
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将上述秸秆板材浸入到浓度为25％的聚磷酸铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为41.3％(如下表1所示)，抗张强度为31.1MPa，断裂伸长率为1.3％。
实施例4
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将上述秸秆板材浸入到浓度为5％的磷酸氢二铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为30.2％(如下表1所示)，抗张强度为16.5MPa，断裂伸长率为1.5％。
实施例5
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将上述秸秆板材浸入到浓度为15％的磷酸氢二铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为37.3％(如下表1所示)，抗张强度为27.5MPa，断裂伸长率为1.3％。
实施例6
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将秸秆板材浸入到浓度为25％的磷酸氢二铵溶液中进行阻燃处理1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为43.3％(如下表1所示)，抗张强度为29.6MPa，断裂伸长率为1.3％。
实施例7
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将秸秆板材浸入到浓度为5％的磷酸二氢铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材，如图1所示。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为30.0％(如下表1所示)，抗张强度为18.7MPa，断裂伸长率为1.4％。
实施例8
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将稻秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将秸秆板材浸入到浓度为15％的磷酸二氢铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为36.3％(如下表1所示)，抗张强度为29.8MPa，断裂伸长率为1.3％。
实施例9
按重量份数计，本实施例的阻燃秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)阻燃秸秆板材制备：将秸秆板材浸入到浓度为25％的磷酸二氢铵溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃秸秆板材的极限氧指数为42.6％(如下表1所示)，抗张强度为35.6MPa，断裂伸长率为1.2％。
对比例1
按重量份数计，本对比例的秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
经检测，上述所得秸秆板材的极限氧指数为23.0％(如下表1所示)，抗张强度为16.4MPa，断裂伸长率为1.6％。
表1秸秆板材的阻燃性能检测数据
| 样品名称 | 极限氧指数(LOI)(％) | 燃烧等级 |
| 未处理稻秸秆板材 | 23.0 | 可燃 |
| 5％聚磷酸铵处理 | 29.6 | 难燃 |
| 10％聚磷酸铵处理 | 32.9 | 难燃 |
| 15％聚磷酸铵处理 | 35.2 | 难燃 |
| 20％聚磷酸铵处理 | 38.6 | 难燃 |
| 25％聚磷酸铵处理 | 41.3 | 难燃 |
| 5％磷酸氢二铵处理 | 30.2 | 难燃 |
| 10％磷酸氢二铵处理 | 34.5 | 难燃 |
| 15％磷酸氢二铵处理 | 37.3 | 难燃 |
| 20％磷酸氢二铵处理 | 40.5 | 难燃 |
| 25％磷酸氢二铵处理 | 43.3 | 难燃 |
| 5％磷酸二氢铵处理 | 30.0 | 难燃 |
| 10％磷酸二氢铵处理 | 33.6 | 难燃 |
| 15％磷酸二氢铵处理 | 36.3 | 难燃 |
| 20％磷酸二氢铵处理 | 40.2 | 难燃 |
| 25％磷酸二氢铵处理 | 42.6 | 难燃 |
如表1所示，使用不同浓度的磷酸铵盐(聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵)对秸秆板材(该秸秆板材的取材和制备方法均与实施例1中相同，请参照实施例1的具体步骤)浸渍1h，干燥后得到的阻燃秸秆板材均达到难燃级，具有优异的阻燃性能。
对比例2
按重量份数计，本对比例的秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)秸秆板材阻燃改性：将秸秆板材浸入到浓度为5％的磷酸锆溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃改性的秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃改性的秸秆板材在空气中极易燃烧，无阻燃效果。
对比例3
按重量份数计，本对比例的秸秆板材的制备方法为：
(1)秸秆分散液制备：将5份稻秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以200rpm的转速搅拌分散1h，得到质量浓度为5％的稻秸秆分散液。
(2)秸秆板材制备：通过真空抽滤将秸秆分散液中的大部分水去除，得到秸秆滤饼，使用热压机在热压温度140℃、压力15MPa下对秸秆滤饼进行热压处理8h，得到秸秆板材。
(3)秸秆板材阻燃改性：将秸秆板材浸入到浓度为30％的磷酸锆溶液中浸渍1h，干燥后即得到阻燃改性的秸秆板材。
经检测，上述所得阻燃改性的秸秆板材在空气中极易燃烧，无阻燃效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，包括：将质量浓度为1～40％的秸秆分散液过滤得到秸秆滤饼，然后进行热压处理得到秸秆板材，再将秸秆板材置于阻燃剂溶液中，浸渍一段时间后，取出干燥，得到阻燃秸秆板材。
2.根据权利要求1所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述秸秆分散液的制备方法为：将1～40份秸秆粉末添加到100份水中，在室温下以50～1000rpm的转速搅拌分散0.1～5h，即可。
3.根据权利要求2所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述秸秆粉末为过60目筛网的秸秆。
4.根据权利要求3所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述秸秆为稻秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、棉秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、花生秸秆、油菜秸秆、青稞秸秆、薏苡秸秆、甘蔗秸秆、芝麻秸秆、葵花籽秸秆、糯米秸秆、茶叶秸秆、辣椒秸秆、薯类藤蔓中的一种或两种及以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述热压处理的温度为室温～250℃，压力为5～40MPa，时间为1～100h。
6.根据权利要求1所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂溶液的质量浓度为1～50％。
7.根据权利要求6所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或两种及以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述浸渍时间为0.1～10h。
9.根据权利要求1所述的阻燃秸秆板材的制备方法，其特征在于，所述干燥方法为自然风干、烘箱干燥或冷冻干燥中任意一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的阻燃秸秆板材的制备方法制得的阻燃秸秆板材。
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